本站原创摘 要：本文主要介绍了当前矿井定向所应用的方法,陀螺全站仪在定向时的优点,概述了陀螺全站仪的定向原理,及其在矿井定向时的应用发法及其注意事项.
关 键 词：陀螺仪全站仪矿井定向
引言
在矿井建设及运营过程中,为了确定井下采矿巷道与地面建筑物、道路、河流及与相邻矿井之间的位置关系,需要井下和地面测量控制网采用同一坐标系统,即需要对矿井定向.
矿井定向方法可分为两类:几何定向,物理定向.几何定向有一井定向,两井定向及通过平硐或斜井的定向；物理定有磁罗盘定向,投向仪定向及陀螺经纬仪仪定向.
陀螺仪定向与其他方法比具有很多优点,相对安全,定向精度高,定向速度快,不影响矿井生产,简单方便,不耗费大量的人力物力等.本文主要介绍了陀螺经纬仪的基本原理及其在矿山测量方面的发展应用.
1.陀螺仪的基本原理
没有任何外力作用,并具有三个自由度的陀螺仪称为自由陀螺仪.陀螺仪具有两个特性：定轴性、进动性.如果把自由陀螺仪的重心从中心下移,即在自由陀螺仪轴上加以悬重Q,则陀螺仪灵敏部的重心由中心O下移到O1点,此时它具有两个完全的自由度和一个不完全的自由度.因为它的灵敏部和钟摆相似,所以称为钟摆式陀螺仪.
2.陀螺全站仪的工作原理
一般在矿井用的多的定向仪器有陀螺经纬仪和陀螺全站仪.
当地球绕其自转轴旋转时,地球上的所有物体都随其转动.钟摆式陀螺仪在其影响下,其主轴总是向子午面方向进动.但在地球自转的同时,子午面亦在随其不断的变换位置.虽然陀螺仪能在某一时刻与地平面平行且位于子午面内,此种状态也不能维持.即陀螺仪轴与子午面轴之间具有相对运动的形式.钟摆式陀螺仪就是这样在子午面附近作连续不断的,不衰减的椭圆简谐摆动.
3.陀螺全站仪定向
3.1陀螺全站仪作业定向过程
3.1.1测定陀螺仪常数
由于制作仪器时的精度有限,陀螺仪轴与望远镜光轴及观测目镜分划板零刻线代表的光轴通常不在同一竖直面中,陀螺仪轴的稳定位置与地理子午线通常并不重合.二者的夹角称为仪器常数,用Δ表示.通过用仪器测定方位角为Ao的精密导线边CD可求出一起常数：
Δ等于A0-aT(3-1)
为CD边陀螺方位角,在已知边上测定仪器常数应进行2～3次,各次互差应满足限差.
3.1.2.测定井下定向边的陀螺方位角
井下定向边的长度应大于50m,仪器安置在C′点上,可测出C'D'边的陀螺方位角.则定向边的地理方位角A为：
A等于a'T+Δ(3-2)
3.1.3在井上重新测定仪器常数
仪器上井后,应在已知边上重新测定仪器常数2~3次.前后两次测定的仪器常数,其中任意两个仪器常数的互差应满足限差.然后求出仪器常数的最或是值,并按白塞尔公式来评定一次测定中误差.
3.1.4求算子午线收敛角
一般地面精密导线边或三角网边已知的是坐标方位角α0,需要求算的井下定向边,也是要求出其坐标方位角α,而不是地理方位角A.因此还需要求算子午线收敛角γ.地理方位角和坐标方位角的关系为：
A0等于a0+γ0(3-3)
子午线收敛角γ0的符号可由安置仪器点的位置来确定,即在子午线以东为正,以西为负；其值可根据安置仪器点的高斯平面坐标求得.
3.1.5求算井下定向边的坐标方位角
由图1及以上公式可得：
Δ等于A0-aT等于a0+γ0-aT(3-4)
井下定向边的坐标方位角则为：
a等于A-γ等于a'T+Δ平-γ(3-5)
式中：Δ平――仪器常数的平均值.
3.2陀螺仪悬带零位观测
在陀螺仪观测工作开始之前和结束后,要作悬带零位观测,相应称为测前零位和测后零位观测.测定悬挂零位时,先将经纬仪整平并固定照准部,下放陀螺灵敏部从读数目镜中观测灵敏部的摆动在分划板上连续读三个逆转点读数,估读到0.1格.同时还需用秒表测定周期,即光标像穿过分划板零刻划线摆动一周的时间,其读数称为自由摆动周期T3.零位观测完毕,锁紧灵敏部.
3.3精密定向
精密定向是精确测定已知边和定向边的陀螺方位角.其方法可分为两大类：一类是仪器照准部处于跟踪状态,即多年来国内外都采用的逆转点法；另一类是仪器照准部固定不动,如中天法、时差法、摆幅法等.
3.4陀螺经纬仪定向时的注意事项
陀螺经纬仪是以动力原理论为基础的光、机、电结合的精密仪器.工作时,陀螺灵敏部具有较大的惯性,必须注意合理使用,妥善保管,才能保持仪器的精度和寿命.
在使用时,必须由具有一定操作经验的人员来使用仪器；在启动陀螺马达到额定转速之前和制动陀螺马达的过程中,陀螺灵敏部必须处于锁紧状态,防止悬挂带和导流丝受损伤；在陀螺灵敏部处于锁紧状态、马达又在高速旋转时,严禁搬动和水平旋转仪器；在使用陀螺电源逆变器时,要注意接线的正确；使用外接电源时应注意电压、极性是否正确等.
结束语
陀螺仪是惯性导航系统与惯性仪表的核心部件,以陀螺仪为核心的相关设备和系统不仅在矿山测量方面应用广泛,也广泛应用于航海、航空、航天、陆地和兵器等导航领域.虽然我国在陀螺仪方面的发展状况与国外先进水平相比仍有较大差距,随着我国经济技术的飞速发展,陀螺仪必将在我国获得更大发展,并在军民两领域得到更为广泛的应用.